CN114922767B - 一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置 - Google Patents

一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置，包括套管，转动设于张力腿平台的立管上，用于连接一对旋转机构和侧翼发电机构；旋转机构，对称设于套管两侧，用于扰乱套管周边形成的涡流；侧翼发电机构，设于套管上背离旋转机构的一侧，用于将潮流能转化为电能，所述侧翼发电机构包括在潮流作用下进行张开或闭合的开合件、相互运动切割磁感线产生电能的第一切割件和第二切割件。本发明公开的一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置，结构简单，使用方便，成本低廉，能在实现利用海流能发电的同时达到海洋立管涡激振动抑制效果，有效的利用了海流能。

Description

一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置
技术领域
本发明属于海流能开发利用与海洋立管涡激振动抑制技术领域，具体涉及一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置。
背景技术
随着社会经济的高速发展和人们生活水平的大幅提高，能源需求量日益增长,能源短缺的问题日益突出。海洋能以其总蕴藏量大，可持续利用，绿色清洁等特点，成为各国能源战略的重要组成部分，其主要包括波浪能、海流能、海水温差能、潮汐能、海水盐度差能。海流能的能量与流速的平方和流量成正比；相对波浪而言，海流能的变化要平稳且有规律得多；潮流能随潮汐的涨落每天两次改变大小和方向；一般来说，最大流速在2m/s以上的水道，其海流能均有实际开发的价值。因此如何高效的利用海流能进行发电成为解决问题的关键。
利用水流来发电的思想由来已久，而且其开发利用方式多采用旋转机械将水流的动能转换为机构的旋转运动，再通过机械传动或液压传动装置，将动力传递给发电机。目前，水轮机发电对水流速度要求较高，而海流流速的高速性、持续性为发电装置提供了丰富的机械能。因此充分利用海流发电成为了海流能开发的热点。
随着海洋资源开采规模逐渐扩大，人类在开发深海油气资源中提出了各种新型海洋平台。其中张力腿平台因其独特的结构特性，较大的环境载荷能够通过惯性力来平衡，而不需要通过结构内力来平衡，因此为生产提供了一个相对平稳安全的工作环境。但由于张力腿平台为多立柱海洋平台，其复杂的动力响应及涡激振动特性对于平台自身安全性以及张力腿、立管系统的疲劳强度有着重要影响。尤其波浪、海流流经海洋立管时，在一定的流速条件下，可在立管两侧交替的形成强烈的漩涡，漩涡脱落会对立管产生一个周期性的可变力，使得立管在与流向垂直方向上发生横向振动，严重缩短海洋立管的服役寿命，甚至造成重大安全环境事故。因此研制一种能合理利用海流能发电同时抑制立管涡激振动，并且对平台波浪抨击的能量转化和减小结构共振的装置显得十分重要。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置，旨在解决立管两侧交替的形成强烈的漩涡，会对立管产生一个周期性的可变力，使得立管在与流向垂直方向上发生横向振动，严重缩短海洋立管的服役寿命的问题。
本发明采取以下技术方案实现：
一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置，包括，
套管，转动设于张力腿平台的立管上，用于连接一对旋转机构和侧翼发电机构；
旋转机构，对称设于套管两侧，用于扰乱套管周边形成的涡流，所述旋转机构包括双向调节件，所述双向调节件上设置有两个旋转件，两个所述旋转件的运动方向相反；
侧翼发电机构，设于套管上背离旋转机构的一侧，用于将潮流能转化为电能，所述侧翼发电机构包括在潮流作用下进行张开或闭合的开合件、相互运动切割磁感线产生电能的第一切割件和第二切割件，所述开合件一端与套管连接，所述开合件另一端与第一切割件转动连接，所述第二切割件与套管连接，所述第一切割件滑动插接在第二切割件内。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，所述套管上开设有连接端口，所述连接端口螺纹连接有端盖，所述端盖与张力腿转动连接。
进一步地，所述套管上开设有弧形槽，所述开合件一端滑动连接在弧形槽内。
进一步地，所述开合件包括两个翼板和两个连接板，两个所述翼板一端滑动连接在弧形槽内，两个所述翼板另一端均转动连接有连接板，两个所述连接板相互靠近的一端相互转动连接。
进一步地，两个所述翼板上均设置有第一磁板，两个所述连接板对应位置设置有第二磁板，所述第一磁板和第二磁板相互靠近的一侧磁极相反。
进一步地，所述翼板上开设有浮动切割窗，所述浮动切割窗内设置有浮动切割件，所述浮动切割件包括浮球、导向套、磁棒和感应线圈，所述浮球通过绳索与翼板连接，所述磁棒一端与浮球连接，所述磁棒另一端活动插接在导向套内，所述感应线圈设置在导向套的内壁上，所述导向套侧壁上设置有卸压孔。
进一步地，所述翼板靠近连接板的一端转动连接有转轴，所述转轴与连接板连接，所述连接板相互靠近的一端之间设置有连接杆，两个所述连接板均与连接杆转动连接，所述连接杆与第一切割件连接。
进一步地，所述第一切割件包括活动板和感应导线，所述活动板与连接杆连接，所述感应导线设置在活动板侧壁上，所述第二切割件包括两个固定板、第三磁板，两个所述固定板间隔设置，两个所述固定板相互靠近的侧壁上设置有第三磁板，所述活动板活动插接在两个固定板之间。
进一步地，所述双向调节件包括一对固定杆、调节杆、第一磁块、第二磁块，一对所述固定杆之间设置有调节杆，所述固定杆一端与套管连接，所述调节杆中间设置有凸台，所述调节杆上位于凸台两侧设置有多条相互交错的导轨，所述凸台上表面和下表面均设置有第一磁块，所述调节杆上凸台两侧均滑动连接有旋转件，所述固定杆连接调节杆的侧面上设置有第二磁块。
进一步地，所述旋转件包括滑动套、旋转套、叶片、第三磁块，所述滑动套滑动设置在导轨上，所述旋转套与滑动套转动连接，所述叶片周向等距间隔分布在旋转套的外侧壁上，所述滑动套上表面和下表面均设置有第二磁块，相邻所述第三磁块和第一磁块之间磁极相反，相邻所述第三磁块和第二磁块之间磁极相反。
本发明的有益效果：
相比现有技术而言，本发明公开的一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置，结构简单，使用方便，成本低廉，能在实现利用海流能发电的同时达到海洋立管涡激振动抑制效果，有效的利用了海流能。
套管结构使部分海流流经套管上的通孔，扰乱立管周围形成的涡流，同时旋转机构，利用旋转机构上两个旋转件相互反向旋转运动，进一步扰乱海流的路径，抑制涡流的形成；
侧翼发电机构的两个翼板在海流的作用下，一方面浮球会带动磁棒切割磁感线产生电流另一方面相互靠近闭合从而推动第一切割件和第二切割件相互切割磁感线，产生电流，同时在翼板和连接板上两组对应异极磁铁的作用下，使得两个翼板再次张开，张开后的翼板在海流的作用下再次闭合，从而形成连续的运动，可以持续产生电流。
附图说明
图1是本发明一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置与张力腿平台的装配示意图。
图2是本发明一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置的结构示意图。
图3是本发明图2中部分结构示意图。
图4是本发明图2中另一部分结构示意图。
图5是本发明图2中旋转机构的结构示意图。
图6是本发明图5中旋转机构的分解结构示意图。
图7是本发明图2中部分结构主视图。
图8是本发明图2中第一切割件和第二切割件的结构示意图。
附图标记为：张力腿平台10、立管20、套管30、连接端口31、通孔32、弧形槽33、端盖40、旋转机构50、双向调节件51、固定杆511、调节杆512、凸台513、导轨514、第一磁块515、第二磁块516、旋转件52、滑动套521、旋转套522、叶片523、第三磁块524、转动球525、侧翼发电机构60、开合件61、翼板611、连接板612、转轴613、连接座614、转动槽615、弧形板616、第一磁板617、第二磁板618、第一切割件62、活动板621、感应导线622、第二切割件63、固定板631、第三磁板632、浮动切割件64、浮球641、导向套642、磁棒643、感应线圈644、弹性绳索645。
具体实施方式
为了阐明本发明的技术方案和工作原理，下面结合附图于具体实施例对本发明作进一步详细描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
具体实施例一
本发明提供了如图1-8所示的一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置，本装置设置在张力腿平台10的立管20上，包括套管30、一对旋转机构50和侧翼发电机构60，其中套管30转动设于张力腿平台10的立管20上，用于连接一对旋转机构50和侧翼发电机构60；旋转机构50对称设于套管30两侧，用于扰乱套管30周边形成的涡流；侧翼发电机构60设于套管30上背离旋转机构50的一侧，用于将潮流能转化为电能。
如图1-3所示，套管30为上下开口的圆套筒型结构，套管30的直径大于立管20的直径，套管30上端和下端均开设有连接端口31，连接端口31螺纹连接有端盖40，端盖40与立管20转动连接，本实施方式中端盖40和立管20采用轴承连接，在套管30的侧壁上开设有通孔32。可以理解为：在海流的作用下，套管30会相对立管20做旋转运动，使得套管30的通孔32方向与海流的方向一致，使得部分海流从通孔32流过，从而利用通孔32扰乱海流的形成。
如图5-7所示，旋转机构50包括双向调节件51，双向调节件51上设置有两个旋转件52，两个旋转件52的运动方向相反。
如图2、图6-7所示，双向调节件51包括一对固定杆511、调节杆512、第一磁块515、第二磁块516，一对固定杆511水平设置套管30两侧，且一对固定杆511呈锐角对称分布，该角度可根据实际的海流速度进行调节设置，本实施方式中不做具体限制，一对固定杆511之间设置有竖直方向调节杆512，固定杆511一端与套管30连接，调节杆512中间设置有凸台513，调节杆512上位于凸台513两侧设置有多条相互交错的导轨514，凸台513上表面和下表面均设置有第一磁块515，调节杆512上凸台513两侧均滑动连接有旋转件52，固定杆511连接调节杆512的端面上设置有第二磁块516。可以理解为：凸台513上方的导轨514和凸台513下方的导轨514分布位置不在同一个竖直面内，凸台513的外径大于调节杆512多个导轨514所围成的圆的直径，从而限制凸台513两侧的旋转件52上下移动的距离。
如图2、图6-7所示，旋转件52包括滑动套521、旋转套522、叶片523、第三磁块524，滑动套521滑动设置在导轨514上，旋转套522与滑动套521之间设置有若干个转动球525，使得旋转套522与滑动套521转动连接，叶片523周向等距间隔分布在旋转套522的外侧壁上，两个旋转件52的旋转方向相反，滑动套521上表面和下表面均设置有第三磁块524，相邻第三磁块524和第一磁块515之间的磁极相反，相邻第三磁块524和第二磁块516之间的磁极相反。可以理解为：两个旋转件52上的叶片523分布方向是相反的，在水流的冲击下，叶片523会旋转带动滑动套521旋转，同时滑动套521在叶片523旋转产生的推力作用下会在导轨514上滑动，同时当滑动套521滑动至调节杆512的顶端时，由于滑动套521上设置的第三磁块524与固定杆511靠近调节杆512的端面上设置的第二磁块516磁极相反，会推动旋转件52反向旋转，当旋转件52滑动至靠近凸台513时，由于滑动套521上设置的第三磁块524与凸台513上的第一磁块515的磁极相反，会推动旋转件52再次反向旋转，从而形成周而复始的上下运动，同时配合旋转件52的自转，最大程度上抑制涡流的形成。
如图2-4所示，侧翼发电机构60包括在潮流作用下进行张开或闭合的开合件61、相互运动切割磁感线产生电能的第一切割件62和第二切割件63，开合件61一端与套管30连接，开合件61另一端与第一切割件62转动连接，第二切割件63与套管30连接，第一切割件62滑动插接在第二切割件63内。
如图2-4所示，开合件61包括两个翼板611和两个连接板612，套管30上开设有弧形槽33，弧形槽33的弧长小于套管30外侧壁横截面圆周长的一半，两个翼板611一端滑动连接在弧形槽33内，两个翼板611另一端均转动连接有连接板612，两个连接板612相互靠近的一端相互转动连接，两个翼板611上均设置有第一磁板617，两个连接板612对应位置设置有第二磁板618，第一磁板617和第二磁板618相互靠近的一侧磁极相反，翼板611靠近连接板612的一端转动连接有转轴613，转轴613与连接板612连接，连接板612相互靠近的一端之间设置有连接杆，连接杆由两个连接座614和一个弧形板616组成，两个连接座614上均开设由转动槽615，两个连接板612均均转动插接在转动槽615内，使得连接板612与连接杆转动连接，连接杆的弧形板616与第一切割件62连接。
如图2-4所示，第一切割件62包括活动板621和感应导线622，活动板621与弧形板616连接，感应导线622设置在活动板621侧壁上，第二切割件63包括两个固定板631、第三磁板632，两个固定板631间隔设置，两个固定板631相互靠近的侧壁上设置有第三磁板632，活动板621活动插接在两个固定板631之间。可以理解为：当翼板611受到海流的作用，两个翼板611会向中间靠拢闭合，同时会推动活动板621向固定板631移动，使得活动板621上的感应导线622切割固定板631上第三磁板632的磁场，产生感应电流。当翼板611与连接板612贴近至一定角度时，由于翼板611上的第一磁板617与连接板612上的第二磁板618相互排斥，使得翼板611与活动板621相互远离，张开后的翼板611在海流的作用下，会再次将翼板611压缩，从而持续产生电流，产生的电流通过线路传输至外接电能存储设备，该外接电能存储设备可以设置在张力腿平台10上。
具体实施例二
如图2-3、图7所示，本实施例与具体实施例一的区别在于：翼板611上开设有浮动切割窗，浮动切割窗内设置有浮动切割件64，浮动切割件64包括浮球641、导向套642、磁棒643和感应线圈644，浮球641通过弹性绳索645与翼板611连接，弹性绳索645采用弹性材质制成，弹性绳索645上下设置，磁棒643和导向套642均水平设置，磁棒643一端与浮球641连接，磁棒643另一端活动插接在导向套642内，感应线圈644设置在导向套642的内壁上，导向套642滑动设置在浮动切割窗侧壁上，导向套642侧壁上设置有卸压孔，通过卸压孔降低导向套内外的压力差。可以理解为：浮球641在海流的作用下会沿着海流的方向移动，此时浮球641会带动磁棒643在导向套642内滑动，从而使磁棒643切割感应线圈644产生感应电流。感应线圈644产生的感应电流通过线路传输至外接电能存储设备，改外接电能存储设备可以设置在张力腿平台10上。
本装置的工作原理；
侧翼发电机构60与海流方向存在攻角时，侧翼发电机构60在海流的冲击下会进行旋转绕至立管20的背部，使得套管30上的通孔32方向与海流的方向平齐，一部分海流经过套管30上的通孔32，缓解了涡流形成，同时位于套管30两侧的旋转件52在海流的冲击下会自转并且上下运动，进一步扰乱海流的流向，降低涡流现象形成的概率。
同时翼板611在海流的冲击下会进行闭合推动活动板621在两个固定板631之间滑动，使得活动板621上的线圈切割固定板631上的第三磁板632产生感应电流，当活动板621与翼板611靠近至一定角度时，由于活动板621与翼板611上的第一磁板617、第二磁板618之间的排斥力会推动翼板611反向张开。同时位于第二磁板618之间的导线会切割第一磁板617形成的磁场，产生感应电流。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置，其特征在于：包括，
套管，转动设于张力腿平台的立管上，用于连接一对旋转机构和侧翼发电机构；
旋转机构，对称设于套管两侧，用于扰乱套管周边形成的涡流，所述旋转机构包括双向调节件，所述双向调节件上滑动设置有两个旋转件，两个所述旋转件的运动方向相反；所述套管上开设有多个通孔；
所述双向调节件包括一对固定杆、调节杆、第一磁块、第二磁块，一对所述固定杆之间设置有调节杆，所述固定杆一端与套管连接，所述调节杆中间设置有凸台，所述调节杆上位于凸台两侧设置有多条相互交错的导轨，所述凸台上表面和下表面均设置有第一磁块，所述调节杆上凸台两侧均滑动连接有旋转件，所述固定杆连接调节杆的侧面上设置有第二磁块；
所述旋转件包括滑动套、旋转套、叶片、第三磁块，所述滑动套滑动设置在导轨上，所述旋转套与滑动套转动连接，所述叶片周向等距间隔分布在旋转套的外侧壁上，所述滑动套上表面和下表面均设置有第二磁块，相邻所述第三磁块和第一磁块之间磁极相反，相邻所述第三磁块和第二磁块之间磁极相反；
侧翼发电机构，设于套管上背离旋转机构的一侧，用于将潮流能转化为电能，所述侧翼发电机构包括在潮流作用下进行张开或闭合的开合件、相互运动切割磁感线产生电能的第一切割件和第二切割件，所述开合件一端与套管连接，所述开合件另一端与第一切割件连接，所述第二切割件与套管连接，所述第一切割件滑动插接在第二切割件内。
2.根据权利要求1所述的一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置，其特征在于：所述套管上开设有连接端口，所述连接端口螺纹连接有端盖，所述端盖与张力腿转动连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置，其特征在于：所述套管上开设有弧形槽，所述开合件一端滑动连接在弧形槽内。
4.根据权利要求3所述的一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置，其特征在于：所述开合件包括两个翼板和两个连接板，两个所述翼板一端滑动连接在弧形槽内，两个所述翼板另一端均转动连接有连接板，两个所述连接板相互靠近的一端相互转动连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置，其特征在于：两个所述翼板上均设置有第一磁板，两个所述连接板对应位置设置有第二磁板，所述第一磁板和第二磁板相互靠近的一侧磁极相反。
6.根据权利要求5所述的一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置，其特征在于：所述翼板上开设有浮动切割窗，所述浮动切割窗内设置有浮动切割件，所述浮动切割件包括浮球、导向套、磁棒和感应线圈，所述浮球通过绳索与翼板连接，所述磁棒一端与浮球连接，所述磁棒另一端活动插接在导向套内，所述感应线圈设置在导向套的内壁上，所述导向套侧壁上设置有卸压孔。
7.根据权利要求6所述的一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置，其特征在于：所述翼板靠近连接板的一端转动连接有转轴，所述转轴与连接板连接，所述连接板相互靠近的一端之间设置有连接杆，两个所述连接板均与连接杆转动连接，所述连接杆与第一切割件连接。
8.根据权利要求7所述的一种用于张力腿平台的抑制涡激振动的海流能发电装置，其特征在于：所述第一切割件包括活动板和感应导线，所述活动板与连接杆连接，所述感应导线设置在活动板侧壁上，所述第二切割件包括两个固定板、第三磁板，两个所述固定板间隔设置，两个所述固定板相互靠近的侧壁上设置有第三磁板，所述活动板活动插接在两个固定板之间。
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